CN102276066B - 悬浮式组合生态滤床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种悬浮式组合生态滤床，该组合生态滤床以升降式浮篮为基本单元，浮篮内填充悬浮双滤层，浮篮连接的间隙安装布水器，整体构成悬浮滤床。使用时，若干浮篮彼此连接，浮于待修复水体中。悬浮双滤层作为生态滤床的核心功能区，有机集成了植物吸收、滤料吸附、过滤及生物挂膜等多种净化机制，可实现富营养化水体的高效修复。本发明具有结构简单、组装方便、植物种植易于操作、且无滤料堵塞等优势，特别适用于依靠单一技术手段难以奏效的重度富营养化水体的修复。

Description

悬浮式组合生态滤床
技术领域
本发明涉及一种用于富营养化水体修复的悬浮式组合生态滤床，属于污水净化技术领域。
背景技术
生态滤床是一种在垂直流人工湿地基础上发展起来的水体修复技术，因其有机集成了过滤、吸附和系统中植物、动物和微生物的降解功能等多种净化机制，修复效果快速而稳定，低温季节仍可保持较好的运行效果。该技术的主要缺陷在于：①运行期滤料易堵塞板结，需频繁冲洗或更换滤料，运行维护成本较高；②占地面积较大，土建工程施工期较长，在土地资源相对紧张的城市应用受到极大的限制。专利200620065822.9公布了一种用于水体净化的可移动式生态滤床，该装置通过将生物介质滤料装填入一个上端开口的外容器而实现位置移动，增加了使用的灵活性，但其结构设计存在缺陷，滤料的堵塞板结问题也未解决。
相比之下，利用水面空间种植净水植物的生态浮床技术，因具有实施方便、运行成本低、移除难度小且无不良生态扰动等优势，得到了较为广泛的应用。该技术的不足之处在于受植物生长周期所限，水体修复效果显现较慢，且受季节因素影响较大，难以实现对富营养化水体的持续高效修复。
除此之外，受种植方式和生长环境所限，生态浮床和生态滤床技术中的净水植物多以喜水性观赏植物为主，难以实现较高的经济附加值，移除后多以固体废弃物处置，未能实现富营养化水体的资源化利用。
发明内容
本发明的目的在于：通过对生态滤床与生态浮床技术的集成与提升，提供一种悬浮式组合生态滤床，既可高效修复富营养化水体，又便于实施操作，低成本投入，低费用运行，并可实现富营养化水体的资源化利用。
本发明的技术解决方案是：该组合生态滤床以升降式浮篮为基本单元，升降式浮篮内填充悬浮双滤层，浮篮与浮篮的间隙安装布水器，整体构成悬浮滤床。
其中，悬浮双滤层由粉煤灰漂珠层和凹土基超轻滤料层构成，粉煤灰漂珠层位于凹土基超轻滤料层的上方。
其中，凹土基超轻滤料为根据专利ZL200710133724.3中实施例1所制备的可悬浮复合滤料；其制备方法是：养鱼废水处理用的复合粘土滤料直径为0.5 cm的发泡聚乙烯颗粒在浓度为0.5 %聚乙烯醇溶液中浸泡30 min；凹土用水调成质量百分比为30 %的凹土泥浆，发泡聚乙烯颗粒在凹土泥浆中搅拌5 min捞出，在凹土干粉上滚动1 min，包覆凹土得滤料粗品；在滤料粗品上涂刷一层瓷砖釉浆料，晾干；稻壳粉碎，与凹土和粉煤灰按1:1:1的比例充分混合均匀得复合料，上过釉的滤料粗品在凹土泥浆中搅拌2 min，在稻壳+粉煤灰+凹土的复合料干粉中滚动1 min，重复进行上述操作三次；将包覆好的滤料进一步滚动以使其结实、圆润，晾干后入马福炉600 ℃烧结3小时，得比重为0.9的可悬浮复合滤料。
 [0009] 其中，升降式浮篮由篮筐体、浮圈、承托网和高度调节组件构成，篮筐体四周封闭而筐底为筛网，浮圈经高度调节组件套接在篮筐体的外侧，承托网连接在篮筐体的内壁，位于篮筐体敞口端下方100mm处。
其中，布水器由输水管、雾化布水喷头和潜水泵组成，输水管的底端连接潜水泵，输水管的支管上安装雾化布水喷头。
其中，雾化布水喷头为流量可调折射式喷头，具有平雾效果，可在整个覆盖面积内均匀落水；或其它具有同等功能的布水装置亦可采用。
安装时，以升降式浮篮为基本单元，若干浮篮通过连接绳彼此连接，浮于待修复水体中，浮篮内填充粉煤灰漂珠和凹土基超轻滤料，形成悬浮双滤层，在浮篮连接的间隙安装布水器，整体形成悬浮式组合生态滤床。
使用时，在漂珠层表面铺设种植网，将净化植物种子直接播撒在种植网上，轻拍压实；芽苗出齐后启动布水器，原水经雾化布水喷头洒入空气中，形成的气水混合液经悬浮双滤层过滤后，从浮篮的筛网底部进入水体；植物生长周期结束时，通过高度调节组件提升篮筐高度，植物主体根部随承托网一起脱离水体，通过布水器将其携带的粉煤灰漂珠冲洗落回浮篮，植物则通过种植网整片移除，进入下一轮种植。
该装置的净化机理包括：
（1）滤料吸附。凹土基超轻滤料具有高效的吸附能力，可快速吸附水体中氮磷等污染物。
（2）悬浮双滤层的截留过滤。污水至上而下流经双滤层时，水中的悬浮颗粒物及其附着污染物即被滤料层截留过滤。
（3）布水增氧。污水经雾化布水喷头洒入空气中，形成大量的小液滴或膜状水，以气水混合液的形式滴落，伴随着过滤过程，水体中的溶解氧不断得到补充。
（4）生物挂膜。凹土基超轻滤料为生物友好性滤料，易于生物挂膜。双滤层中富集的污染物及布水增氧均为生物挂膜创造了良好的条件。通过实施间歇式布水，还可在水体中形成好氧、缺氧和厌氧环境的交替，进一步增强脱氮除磷效果。 
（5）植物吸收。悬浮双滤层上部的粉煤灰漂珠层性状类似于含水饱和的沙土，将净化植物的种子直接播撒在粉煤灰漂珠层上，可快速发芽成苗；植物一方面利用根系从双滤层中获取生长所需的氮磷等营养物质，另一方通过茎叶在布水过程中直接吸收污水中的营养物质。 
滤床中的悬浮双滤层通过吸附和过滤富集了大量的氮磷等污染物，为植物的生长及微生物的繁殖提供了充足的营养源，而植物和微生物对污染物的消耗又使得滤料吸附能力得以再生，布水增氧提高了生物挂膜的效率，并利于植物根系的发育，各种净水机制的协同运作使生态滤床呈现出持续的高效修复能力。
与现有的生态滤床技术相比，本实用新型还具有以下显著优势：
（1）实施成本低。整个装置悬浮于水面，不占用土地、不占用水体空间，无需土建工程施工，装置结构简单，组装灵活方便，易于管理维护。
（2）无滤料堵塞问题。滤料挂膜成功后，比重增加，滤料层发生膨胀，堆积结构变松散，可使老化的生物膜顺利脱落排除，从而有效解决了生态滤床的堵塞阻水问题；此外，通过布水强度的调节也可实现悬浮滤料层膨胀程度的改变，进而改善水力条件。 
（3）适用于经济作物的规模化种植。播种的种植方式相较于移栽而言可使植物具有更为发达的根系，植物品种的可选范围也更加广泛，适宜开发规模化经济种植。种植经济作物不但产生了经济附加值，也从根本上解决了净水植物的后期处理难题。
附图说明
图1为本发明的悬浮式组合生态滤床构造示意图。
图2为图1的升降式浮篮结构示意图。
图3为图2的俯视图。
     图中：1篮筐体，2浮圈，3高度调节组件，4承托网，5筛网，6粉煤灰漂珠层，7凹土基超轻滤料层，8种植网，9输水管，10雾化布水喷头，11潜水泵，12净化植物，13连接绳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，不能理解为是对本发明的限制。
如图1所示，该组合生态滤床以升降式浮篮为基本单元，浮篮内填充悬浮双滤层，浮篮与浮篮的间隙安装布水器，整体构成悬浮滤床。
其中，升降式浮篮由篮筐体1、浮圈2、承托网4和高度调节组件3构成，篮筐体1四周封闭而筐底为筛网5，浮圈2经高度调节组件3套接在篮筐体1的外侧，承托网4连接在篮筐体1的内壁位于篮筐体敞口端下方。
其中，承托网4连接在篮筐体1的内壁位于篮筐体敞口端下方100mm处。
其中，布水器由输水管9、雾化布水喷头10和潜水泵11组成，输水管9的底端连接潜水泵11，输水管9的支管上安装雾化布水喷头10。
其中，悬浮双滤层由粉煤灰漂珠层6和凹土基超轻滤料层7构成，粉煤灰漂珠层6位于凹土基超轻滤料层7的上方。
其中，粉煤灰漂珠层6表面铺设种植网8。
其中，凹土基超轻滤料为根据专利ZL200710133724.3中实施例1所制备的可悬浮复合滤料；其制备方法是：养鱼废水处理用的复合粘土滤料直径为0.5 cm的发泡聚乙烯颗粒在浓度为0.5 %聚乙烯醇溶液中浸泡30 min；凹土用水调成质量百分比为30 %的凹土泥浆，发泡聚乙烯颗粒在凹土泥浆中搅拌5 min捞出，在凹土干粉上滚动1 min，包覆凹土得滤料粗品；在滤料粗品上涂刷一层瓷砖釉浆料，晾干；稻壳粉碎，与凹土和粉煤灰按1:1:1的比例充分混合均匀得复合料，上过釉的滤料粗品在凹土泥浆中搅拌2 min，在稻壳+粉煤灰+凹土的复合料干粉中滚动1 min，重复进行上述操作三次；将包覆好的滤料进一步滚动以使其结实、圆润，晾干后入马福炉600 ℃烧结3小时，得比重为0.9的可悬浮复合滤料。
如图1所示，安装时，若干浮篮通过连接绳彼此连接，浮于待修复水体中，浮篮内填充粉煤灰漂珠和凹土基超轻滤料，形成悬浮双滤层，在浮篮连接的间隙安装布水器，整体形成悬浮式组合生态滤床。
使用时，在漂珠层表面铺设种植网，将净化植物的种子直接播撒在种植网上，轻拍压实；芽苗出齐后启动布水器，污水流经悬浮双滤层后从浮篮的筛网底部进入水体；植物生长周期结束时，通过高度调节组件提升篮筐高度，植物主体根部随承托网一起脱离水体，通过布水器将其携带的粉煤灰漂珠冲洗落回浮篮，植物则通过植网整片移除，进入下一轮种植。
实施例1：
选取某校园景观水廊作为待修复水体，该水体总面积400 m2，水深约2m,，水体浑浊，呈浓绿色，夏季藻类大量繁殖，伴有腥臭味，湖水水质：COD为20.34 mg/L，TN为6.367 mg/L， TP为0.543 mg/L，氨氮为1.548mg/L，DO为1.22 mg/L，透明度为0.23m。
将52只尺寸为550×400×300mm的浮篮置于水面，连接成2列，中间布置输水管和13个微型雾化布水喷头，每个喷头布水直径为1.2m，浮篮内粉煤灰漂珠层厚为50mm，凹土基超轻滤料层厚度为200mm，种植植物选用美国四季青草，播种密度为1g/m2。
播种5日后，草苗出齐，进行间歇式布水操作，每日布水6h，静置18h；初始布水量为70 ml/s，逐日增加，10日达到200ml/s；布水操作实施3日后，水体的浑浊度明显改善，但仍可闻到腥臭味；浮篮投放后15日，水体由浓绿色逐渐转变为黄绿色，腥臭味得到明显改善，透明度达到0.8m，池中鱼儿穿梭清晰可见。30日时，水环境质量显著提高，水面藻类基本消失，水体呈现令人愉悦的清绿，水质指标为：COD为5.12 mg/L，TN为0.93 mg/L， TP为0.034 mg/L，氨氮为0.117mg/L，透明度为1.8m。此时，草高度达到7~9cm，可进行收获移植，由于其根系发达且相互盘结，可整片从水中取出，极为方便；将取出的草皮平铺于待绿化地表，保持10天的湿润状态，根系深入土壤，草坪移植成功。此次共收获11.4m2草皮。
实施例2：
选取城市某一半封闭河道作为待修复水体，该河道原为两侧居民生活污水的受纳水体，实施环境整治后，污水通过截污导流工程送至污水处理厂集中处理后排放，该河道的水域功能转变为景观河道；多雨季节依靠降水补充蒸发和下渗的水量，少雨干旱季节，则通过定期补充污水保证正常的水位，一般补水周期为15天左右；某次补水后第2天，取样进行水质测定，其水质指标为：COD 为110.42 mg/L，TN为29.859mg/L， TP为6.543 mg/L，溶解氧含量为0.786 mg/L，透明度为0.15m。
在水质指标测定的当日，沿河道两侧布设生态浮篮，每侧两列，每列长度100m，浮篮间通过浮圈彼此连接，在两列之间布设输水管线，管线上每隔4m 设置一个雾化布水喷头，喷头的布水直径为2m，浮篮尺寸为550×400×400mm，浮篮内粉煤灰漂珠层厚为20mm，凹土基超轻滤料层厚度为250mm，种植植物选用605青菜籽，播种密度为0.2g/m2。
播种5日后，青菜苗高度2~3cm，进行间歇式布水操作，初始布水量为50ml/s，逐日增加，至15日时增加至最大布水量150 ml/s；每日连续布水4h，静置20h；浮篮投放15日后，水体由原来的黑绿色变为青绿色，透明度显著增加，水体异味基本消除，测定其水质指标为： COD 为52.23mg/L，TN为10.452mg/L， TP为2.781mg/L，透明度0.8m；青菜叶已长至6片，肥厚浓绿，长势良好。
16日实施第二轮补水，此次采用间接补水方式，将与输水管线相连的潜水泵置于污水池中，使污水首先通过滤床过滤后再进入河道；布水参数保持不变，用时3天时间将400m3污水输入河道；补水完成时，测定其水质指标分别为：COD 为69.76mg/L，TN为12.452mg/L， TP为4.781mg/L，水体的感官性状未见明显改变。第二轮补水后15日测定的水质指标为：COD 为20.09mg/L，TN为3.548mg/L， TP为0.702mg/L，透明度为1.2m；此时青菜已有8~10片叶，可以进行采收，此次共收获青菜240kg。

Claims (7)

1.悬浮式组合生态滤床，其特征在于：该组合生态滤床以浮篮为基本单元，浮篮内填充悬浮双滤层，浮篮与浮篮的间隙安装布水器，整体构成悬浮滤床；其中，悬浮双滤层由粉煤灰漂珠层（6）和凹土基超轻滤料层（7）构成，粉煤灰漂珠层（6）位于凹土基超轻滤料层（7）的上方；其中，布水器由输水管（9）、雾化布水喷头（10）和潜水泵（11）组成，输水管（9）的底端连接潜水泵（11），输水管（9）的支管上安装雾化布水喷头（10）。
2.根据权利要求1所述的悬浮式组合生态滤床，其特征在于：其中，凹土基超轻滤料为可悬浮复合滤料，具有高效的吸附性能并易于生物挂膜；其制备方法是：发泡聚乙烯颗粒在浓度为0.5 %聚乙烯醇溶液中浸泡30 min；凹土用水调成质量百分比为30 %的凹土泥浆，发泡聚乙烯颗粒在凹土泥浆中搅拌5 min捞出，在凹土干粉上滚动1 min，包覆凹土得滤料粗品；在滤料粗品上涂刷一层瓷砖釉浆料，晾干；稻壳粉碎，与凹土和粉煤灰按1:1:1的比例充分混合均匀得复合料，上过釉的滤料粗品在凹土泥浆中搅拌2 min，在稻壳+粉煤灰+凹土的复合料干粉中滚动1 min，重复进行上述操作三次；将包覆好的滤料进一步滚动以使其结实、圆润，晾干后入马福炉600 ℃烧结3小时，得比重为0.9的可悬浮复合滤料。
3.根据权利要求1所述的悬浮式组合生态滤床，其特征在于：其中，浮篮由篮筐体（1）、浮圈（2）和承托网（4）组成，篮筐体（1）四周封闭而筐底为筛网（5），浮圈（2）套接在篮筐体（1）的外侧，承托网（4）连接在篮筐体（1）的内壁，位于篮筐体敞口端下方。
4.根据权利要求3所述的悬浮式组合生态滤床，其特征在于：其中，浮圈（2）经高度调节组件（3）套接在篮筐体（1）的外侧，组成升降式浮篮。
5.根据权利要求3所述的悬浮式组合生态滤床，其特征在于：其中，承托网（4）连接在篮筐体（1）的内壁，位于篮筐体敞口端下方100mm处。
6.根据权利要求1所述的悬浮式组合生态滤床，其特征在于：其中，雾化布水喷头为流量可调折射式喷头，具有平雾效果，在整个覆盖面积内均匀落水。
7.根据权利要求1所述的悬浮式组合生态滤床，其特征在于：其中，种植网（8）铺设在漂珠层（6）表面。
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